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Dokumentenidentifikation DE60205773T2 01.06.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001454411
Titel BILDSCHIRMAPPARAT UND HOCHSPANNUNGSTREIBER
Anmelder Koninklijke Philips Electronics N.V., Eindhoven, NL
Erfinder SPLITHOF, H., Mike, NL-5656 AA Eindhoven, NL
Vertreter Volmer, G., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 52066 Aachen
DE-Aktenzeichen 60205773
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 24.10.2002
EP-Aktenzeichen 027776533
WO-Anmeldetag 24.10.2002
PCT-Aktenzeichen PCT/IB02/04455
WO-Veröffentlichungsnummer 0003044948
WO-Veröffentlichungsdatum 30.05.2003
EP-Offenlegungsdatum 08.09.2004
EP date of grant 24.08.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.06.2006
IPC-Hauptklasse H03F 3/30(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H04N 9/64(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bildwiedergabeanordnung, eine Hochspannungstreiberschaltung zum Betreiben einer Wiedergabeschirmanordnung in einer derartigen Anordnung und im Allgemeinen auf eine Hochspannungstreiberschaltung.

Ein Hochspannungshub mit einer hohen Frequenz ist erforderlich zum betreiben einer Bildwiedergabeschirmanordnung, wie einer Bildwiedergaberöhre. Der Ausgangshub kann über Hundert Volt betragen. Dies macht es äußerst wichtig, dass der Strombetrag, der zu verbrauchter Leistung in der Treiberschaltung der Wiedergabeschirmanordnung führt, minimiert wird. Eine durchaus bekannte Technik zum Minimieren der Leistungsaufnahme in Treiberschaltungen ist die Verwendung einer Klasse A/B Gegentakt-Ausgangsstufe. Eine Klasse A/B Gegentakt-Ausgangsstufe ist eine Ausgangsstufe, die einen bestimmten Ruhestrom zieht, aber imstande ist, mehr Ausgangsstrom als der Ruhestrom zu liefern.

Die Klasse A/B Ausgangsstufe enthält einen Push-Transistor, der zwischen dem Ausgang und einer ersten Stromversorgung verbunden ist, und einen Pull-Transistor, der zwischen dem Ausgang und einer zweiten Stromversorgung verbunden ist. Die Klasse A/B Wirkung wird dadurch verwirklicht, dass der Push- und der Pull-Transistor derart betrieben werden, dass der Strom durch einen der Transistoren mehr zunehmen kann als die Abnahme in dem Strom durch den anderen Transistor, wenn dieser letztere Strom dem Wert Null nähert. Auf diese Weise ist der maximale Ausgangsstrom höher als der Ruhestrom. Dadurch kann ein niedriger Ruhestrom verwendet werden, der zu einer kleineren Verlustleistung in der Ausgangsstufe führt.

WO96/39743 beschreibt einen Verstärker mit einer Gegentakt-Ausgangsstufe mit einem n-leitenden Pull-Transistor und einem p-leitenden Push-Transistor, so dass die Gegentakt-Transistoren von einem untereinander komplementären Typ sind. Der p-leitende Transistor ist als Ausgangsstufe einer p-leitenden Stromspiegelschaltung vorgesehen. Der Strom durch den n-leitenden Pull-Transistor und der Eingangsstrom der p-leitenden Stromspiegelschaltung werden von einer Eingangsspannung gesteuert. Eine Steuerschaltung steuert die Ströme auf eine komplementäre Weise, so dass der eine Strom ansteigt und der andere abfällt, wenn die Eingangsspannung zunimmt.

Der Eingangsstrom, der die Steuerspannung zu dem p-leitenden Stromspiegel speist, kann auch wesentlich zu dem Stromverbrauch beitragen, insbesondere, wenn die Verstärkung des p-leitenden Stromspiegels niedrig ist. Um einen niedrigen Stromverbrauch zu gewährleisten speist die Steuerschaltung diesen Eingangsstrom zu dem p-leitenden Stromspiegel derart, dass ein geringer Ruhe-Eingangsstrom erforderlich ist. WO96/39743 verwirklicht dies durch Verwendung eines einzigen Ausgangs eines Differenzverstärkers zum Liefern von Strom zu dem p-leitenden Stromspiegel. Der Schweifstrom dieses Differenzverstärkers wird mit einer Rückkopplungsschleife gesteuert, so dass der Schweifstrom zunimmt, wenn dem p-leitenden Stromspiegel ein zunehmender Strom zugeführt wird.

Die Basis-Elektrode eines ersten Transistors des Paares empfängt die Eingangsspannung und die Kollektor-Elektrode eines zweiten Transistors des Paares führt den Eingangsstrom dem p-leitenden Stromspiegel zu. Eine konstante Spannung V wird der Basis-Elektrode des zweiten Transistors zugeführt. Die Rückkopplungsschleife stellt den Strom Isup von der Stromquelle des Differenzverstärkers im Verhältnis zu dem Strom durch den zweiten Transistor ein. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass einerseits der Ruhestrom niedrig ist und dass andererseits dem Eingang des p-leitenden Stromspiegels ein viel größerer Strom zugeführt werden kann.

Bedauerlicherweise macht die hinzugefügte Rückkopplungsschleife, erforderlich zum Einstellen des Stromes aus der Stromquelle des Differenzverstärkers die Schaltungsanordnung langsam. Diese Rückkopplungsschleife enthält ebenfalls zusätzliche p-leitende Transistoren, welche die Geschwindigkeit der Schaltungsanordnung mehr begrenzen als n-leitende Transistoren. Dies macht die Schaltungsanordnung nach WO96/39743 weniger nützlich zum betreiben einer Wiedergabeschirmanordnung, weil eine HF-Wirkung für eine derartige Anordnung wesentlich ist.

US 5.038.114 zeigt einen Stromverstärker, der auch als Eingang für einen p-leitenden Stromspiegels und einen Pull-Transistor einer Gegentaktstufe dienen könnte. Dieser Verstärker enthält einen bipolaren Steuertransistor, dessen Hauptkanal den Eingang des p-leitenden Stromspiegels speisen könnte, der den Push-Transistor der Klasse A/B Stufe enthält. Der Basis-Emitter-Übergang des Steuertransistors ist mit dem Basis-Emitter-Übergang eines bipolaren n-leitenden Ausgangstransistors verbunden, der als Pull-Transistor der Klasse A/B Stufe dienen könnte. Über die Reihenschaltung der beiden Übergänge wird eine konstante Spannung angelegt. Der n-leitende Ausgangstransistor ist der Ausgang eines n-leitenden Stromspiegels, dessen mit dem Hauptstromkanal des Steuertransistors gekoppelt ist.

Ein Eingangsstrom wird einem Knotenpunkt zwischen dem Eingang des n-leitenden Stromspiegels und dem Hauptstromkanal des Steuertransistors zugeführt. Auf diese Weise bestimmt der Eingangsstrom die Differenz zwischen dem Strom durch den Steuertransistor und dem Strom durch den n-leitenden Stromspiegel (der dem Strom durch den n-leitenden Pull-Transistor entspricht). Gleichzeitig gewährleistet die konstante Spannung an der Reihenschaltung der Basis-Emitter-Übergänge, dass das Produkt aus dem Strom durch den Steuertransistor und den n-leitenden Ausgangstransistor konstant ist.

Dieser Verstärker unterstützt den Klasse A/B Betrieb, weil er dafür sorgt, dass der Strom an dem einen Ausgang nach Null geht, wenn der Strom an dem anderen Ausgang sehr groß wird und umgekehrt. Aber, es sei denn, dass große Eingangsströme positiver und negativer Polarität vorgesehen werden können, muss dieser Verstärker sich für seine Verstärkung auf die Verstärkung der Stromspiegel verlassen. Deswegen sollte ein verstärkender p-leitender Stromspiegel in der Gegentaktstufe verwendet werden, der die Geschwindigkeit der Gegentaktstufe begrenzt. Auch dies macht diese Schaltungsanordnung weniger nützlich zum betreiben einer Wiedergabeschirmanordnung, weil HF-Betrieb für eine derartige Anordnung wesentlich ist.

Es ist daher u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Bildwiedergabeanordnung zu schaffen, wobei eine Wiedergabeschirmanordnung mit hoher Geschwindigkeit betrieben werden kann, und wobei der Stromverbrauch gering ist.

Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Treiberschaltung zu schaffen, die einen hohen Spannungshub bei hohen Frequenzen und bei niedrigem Stromverbrauch in der Treiberschaltung schaffen kann.

Die vorliegende Erfindung ist in den Hauptansprüchen definiert. Die Unteransprüche definieren vorteilhafte Ausführungsformen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Steuertransistor und der Pull-Transistor komplementäre Ströme liefern, die für eine Klasse AB Gegentaktstufe geeignet sind, wenn die Summe deren Steuerspannungen durch die Spannungsquelle gesteuert wird. Änderungen in der Stromverteilung zwischen dem Steuertransistor und dem Pull-Transistor werden durch ein externes Eingangssignal gesteuert, indem der ändernde Teil des Stromes von dem Hauptstromkanal des Steuertransistors von einem Knotenpunkt zwischen dem Steuertransistor und dem n-leitenden Eingangstransistor gezogen wird. Im Wesentlichen wird der ganze eingangsabhängige variable Teil dieses Stromes (ausgenommen relativ kleine Ströme, wie beispielsweise Leckströme) und vorzugsweise sogar dieser ganze Strom von dem Knotenpunkt mit dem Hauptstromkanal eines Eingangstransistors gezogen, und deswegen effektiv mit einer Stromquelle mit einer hohen Impedanz.

Der Strom durch den Eingangstransistor wird unmittelbar von dem Eingang des Verstärkers aus gesteuert, d.h. nicht über eine Rückkopplungsschleife durch den Steuertransistor, der die Art und Weise, wie der Strom durch den Eingangstransistor von der Eingangsspannung abhängig ist, beeinflusst, anders als durch die spezifischen Rückkopplungseigenschaften des Eingangstransistors (wie der vorhergehende Effekt). Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit des Verstärkers nicht beeinträchtigt. Es sei bemerkt, dass der Strom durch den Eingangstransistor selbstverständlich auch durch eine Rückkopplungsschleife von dem Ausgang der Gegentaktstufe zu dem Eingang des Verstärkers gesteuert werden kann, zusätzlich zu der Steuerung durch die Eingangsspannung. Auf diese Weise kann der Strom durch den Eingangstransistor von dem Strom durch den Steuertransistor abhängig sein, aber dies beeinträchtigt nicht die Tatsache, dass der Eingang, der das externe Eingangssignal schafft, eine Kopplung mit dem Eingangstransistor hat, der keine Rückkopplungsschleife durch den Steuertransistor umfasst, so dass der Steuertransistor die direkte Beziehung zwischen dem Strom durch den Eingangstransistor und der Eingangsspannung nicht beeinträchtigt, d.h. die Abhängigkeit des ersten auf dem letzten.

Auf diese Weise kann der Strom durch den Steuertransistor oder den n-leitenden Ausgangstransistor sehr groß gemacht werden, während gleichzeitig der Strom durch den anderen der Transistoren sehr klein gemacht wird, entweder dadurch, dass der Strom durch den Eingangstransistor gesteigert wird, damit der Strom durch den Steuertransistor groß gemacht wird, oder dadurch, dass der Strom durch den Eingangstransistor klein gemacht wird, wodurch der Strom durch den n-leitenden Ausgangstransistor dadurch gesteigert wird. Der Stromanstieg wird nicht durch den Ruhestrom des Transistore begrenzt, der diesen angestiegenen Strom zieht (der Steuertransistor oder der n-leitende Transistor) und nicht durch eine Rückkopplungsschleife verlangsamt.

Es dürfte einleuchten, dass das Wort "Transistor", wie dies in diesem Zusammenhang verwendet wird, sich auf ein Gebiet des Halbleitersubstrats mit einer Transistorfunktion bezieht, sei es auf ein einzelnes kohärentes Gebiet oder eine Kombination einer Anzahl diskreter Gebiete, die parallele Hauptstromkanäle schaffen, und die je eine Transistorfunktion haben.

In einer Ausführungsform hat die Treiberschaltung zwei funktionell identische Zweige, die je einen Eingangstransistor, einen Steuertransistor und einen Pull-Transistor heben, die nach der vorliegenden Erfindung miteinander verbunden sind, wobei die Hauptstromkanäle der Eingangstransistoren der zwei Zweige mit einer Speiseverbindung gekoppelt sind, und zwar gemeinsam über eine Schaltungsanordnung mit einer hohen Impedanz, wie vorzugsweise eine Stromquelle. Auf diese Weise sind die Eingangsspannungen der Eingangstransistoren in den betreffenden Zweigen, an denen ein Ruhezustand verwirklicht wird, nur von der Differenz der Eingangsspannungen abhängig, nicht aber von den spezifischen Eigenschaften der Schaltungsanordnung.

Weiterhin werden die Hauptstromkanäle der Pull-Transistoren und der Steuertransistoren in den zwei Zweigen vorzugsweise kreuzweise verbunden, wenigstens insofern sie mit dem Eingang des Stromspiegels verbunden sind. Auf diese Weise kann eine größere Variation in dem Push-Strom möglicht gemacht werden. Vorzugsweise sind die Pull-Transistoren und die Steuertransistoren in den beiden Zweigen kreuzweise verbunden. Dadurch geht ein Minimum an Strom verloren.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine Bildwiedergabeanordnung nach der vorliegenden Erfindung und

2 eine weitere Bildwiedergabeanordnung nach der vorliegenden Erfindung.

1 zeigt eine Bildwiedergabeanordnung mit einer Treiberschaltung 10 und einer Wiedergabeschirmanordnung 12, die eine Elektronenstrahlröhre ist. Die Treiberschaltung 10 enthält eine Treiberstufe 14, einen Vorverstärker 16 und eine Rückkopplungsschaltung 18. Der Eingang 19a der Treiberschaltung 10 ist mit einem Eingang des Vorverstärkers 16 verbinden, von dem ein Ausgang mit einem Eingang der Treiberstufe 14 gekoppelt ist. Ein Ausgang der Treiberstufe 14 ist mit einer Steuerelektrode der Bildwiedergabeanordnung 12 und über die Rückkopplungsschaltung 18 mit einem weiteren Eingang 19b des Vorverstärkers 16 gekoppelt.

Die Treiberstufe 14 enthält einen npn-Eingangstransistor T1, einen npn-Steuertransistor T2, einen npn-Pull-Transistor T3 und einen Stromspiegel T4, T5 mit einem pnp-Spiegeleingangstransistor T4 und einem pnp-Spiegelausgangstransistor T5. Der Eingang 140 der Treiberstufe 14 ist mit der Steuerelektrode des Eingangstransistors T1 gekoppelt. Der Hauptstromkanal des Eingangstransistors T1 ist zwischen einer ersten Speisung Vee und einem Knotenpunkt 142 verbunden. Der Hauptstromkanal des Steuertransistors T2 ist zwischen dem Knotenpunkt 142 und einem Eingang 144 des Stromspiegels T4, T5 gekoppelt. Die Steuerelektrode des Steuertransistors T2 ist mit einer Spannungsquelle 148 gekoppelt. Eine Steuerelektrode des Pull-Transistors T3 ist mit dem Knotenpunkt 142 gekoppelt und der Hauptstromkanal ist zwischen der ersten Speisespannung Vee und einem Ausgang 146 der Treiberstufe gekoppelt. Der Eingangstransistor T4 des Stromspiegels ist als eine Diode (die Steuerelektrode zu dem Hauptstromkanal) zwischen dem Eingang 144 des Stromspiegels und einer zweiten Speisespannungsverbindung Vcc gekoppelt. Von dem Ausgangstransistor T5 des Stromspiegels ist eine Steuerelektrode mit dem Eingang 144 des Stromspiegels gekoppelt und der Hauptstromkanal ist zwischen der zweiten Speisespannungsverbindung Vcc und dem Ausgang der Treiberstufe 14 gekoppelt.

Im Betrieb empfängt die Treiberschaltung 10 ein Eingangssignal (beispielsweise ein Videosignal) an dem Eingang 19a und betreibt eine Steuerelektrode (beispielsweise die Kathode) des Bildwiedergabeanordnung 12. Obschon die Treiberschaltung die Kathode unmittelbar betreiben kann, wie dargestellt, können, im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine oder mehrere Pufferstufen, wie eine komplementäre Emitter-Folgerstufe (oder Source-Folgerstufe) zwischen die Treiberstufe und die Emitterelektrode der Bildwiedergabeanordnung 12 eingefügt werden. Die Rückkopplungsschaltung 18 gewährleistet eine gut definierte Verstärkung und ein im Wesentlichen lineares Verhalten.

Die Treiberstufe 14 verstärkt das Signal und erzeugt den zur Steuerung der Bildwiedergabeanordnung 12 erforderlichen Spannungshub. In einer typischen Bildwiedergabeanordnung ist die Speisespannungsdifferenz Vcc – Vee, erforderlich um dies zu verwirklichen, 100 Volt oder mehr und Frequenzanteile bis 10–20 MHz werden verstärkt. Die durch die Bildwiedergabeanordnung 12 gebildete Last hat typischerweise einen kapazitiven Anteil in der Größenordnung von 10 pF, was bedeutet, dass 10–100 mA Ausgangsstrom erforderlich ist, was, im Hinblick auf den großen Spannungshub, eine wesentliche Verlustleistung bedeutet.

Um eine Breitbandverstärkung zu gewährleisten wird die Verstärkung vorzugsweise durch die n-leitenden Transistoren T1, T2, T3 der Treiberstufe und nicht durch den Stromspiegel T4, T5 geschaffen. Dies ist weil pnp-Transistoren eine niedrigere Grenzfrequenz verursachen als npn-Transistoren. Der Stromspiegel T4, T5 hat vorzugsweise eine Verstärkung von etwa 1.

Die npn-Transistoren T1, T2, T3 schaffen eine Verstärkung wie folgt. Die Spannungsquelle liefert eine Spannung, etwa gleich der doppelten Basis-Emitter-Übergangsspannung, erforderlich um einen Transistor signifikant leitend zu machen, für Siliziumtransistoren beispielsweise 1,2–1,4 Volt. Die Summe der Basis-Emitter-Spannungen des Steuertransistors T2 und des Pull-Transistors T3 entspricht der von der Spannungsquelle 148 gelieferten Spannung. V = Vbe2 + Vbe3

Die Ströme I1, I3 durch diese Transistoren sind etwa exponentiell abhängig von den Basis-Emitterspannungen. I2 = I0exp(Vbe2/V0) und I3 = I0exp(Vbe3/V0)

Wenn "exp" die exponentielle Funktion (Potenz von e) ist, ist V0 = kT/q, wobei k eine Boltzmann-Konstante ist, wobei T die absolute Temperatur ist und wobei q die elektrische Ladung ist. I0 ist ein Stromfaktor, der von den Halbleitereigenschaften abhängig ist und ungefähr proportional zu der Emittergröße.

Dadurch ist: I2·I3 = konstant, bestimmt durch V

Der Eingangstransistor T1 zieht einen Strom I1 von dem Knotenpunkt 142, abhängig von der Steuerspannung Vin an der Steuerelektrode, die unmittelbar durch den Vorverstärker 16 betrieben wird. Der Strom I1 fließt im Wesentlichen durch den Hauptstromkanal des Steuertransistors T2 (wobei Basisströme usw. missachtet werden). Dadurch ist: I2 = I1 und I3 = C/I1

Der Strom I2 wird dem Eingang des Stromspiegels T4, T5 zugeführt und bestimmt dadurch den Strom durch den Push-Transistor T5 zu dem Ausgang 146. Der Strom I3 ist der Strom durch den Pull-Transistor T3 zu dem Ausgang. Der Ruhestrom Iq der Schaltungsanordnung ist der Strom, wenn der Push-Transistor T5 und der Pull-Transistor T3 denselben Strom ziehen (so dass kein Netto-Strom durch den Ausgang 146 fließt). Der Ruhestrom ist die Quadratwurzel aus C. Der Ruhestrom tritt auf, wenn der Steuerelektrode des Eingangstransistors T1 eine bestimmte Spannung Vq zugeführt wird. Wenn T1, T2 und T3 alle von derselben Größe sind, ist Vq die halbe Spannung V.

Der Pull-Strom I3 und der Push-Strom I2 sind exponentiell von V abhängig: I2 = Iqexp((Vin – Vq)/V0) I3 – Iqexp(–(Vin – Vq)/V0

Durch Steigerung von Vin über Vq kann ein unbegrenzter Anstieg verwirklicht werden (im Grunde) in dem Strom zu dem Ausgang über den Push-Transistor T5. Gleichzeitig wird der Strom I3 durch den Pull-Transistor T3 ansteigend näher bei Null gebracht. Dagegen kann durch Verringerung von Vin, der Strom I3 = C/I1 durch den Pull-Transistor im Grunde ohne Begrenzung gesteigert werden, während gleichzeitig der Strom durch den Pull-Transistor T5 ansteigend näher bei Null gebracht wird. Es dürfte einleuchten, dass der Wert von Vq, der von der Spannung der Spannungsquelle 148 abhängig ist, nicht kritisch ist: es dient vorwiegend zum Definieren des Ruhepegels. Selbstverständlich ist dieser Vorgang nicht linear abhängig von Vin, aber wenn ein linearer Vorgang erforderlich ist, kann die Rückkopplungsschaltung 18 verwendet werden um einen linearen Betrieb zu gewährleisten, oder eine Vorverarbeitungsschaltung mit einer logarithmischen I/O-Abhängigkeit kann verwendet werden um Vin derart von dem Eingangssignal abhängig zu machen, dass der Netto Ausgangsstrom der Ausgangsstufe von dem Eingangssignal linear abhängig ist. Wenn ein linearer Betrieb nicht erforderlich ist, sind derartige Schaltungsanordnungen selbstverständlich nicht erforderlich.

Auf diese Weise verwirklicht die Treiberstufe 14 nach 1 einen Klasse AB Betrieb, d.h. einen Betrieb, wobei der Ruhestrom niedriger ist als der maximal mögliche Ausgangsstrom. Wie aus den Gleichungen ersichtlich, tritt der Ruhezustand (wenn kein Netto Strom zu dem Ausgang 146 fließt) auf, wenn Vin = Vq, d.h. wenn Vi = V/2 in dem Fall, dass die npn-Transistoren T1, T2, T3 einander gleich sind und der pnp Stromspiegel T4, T5 Verstärkung eins hat. In einigen Applikationen ist es unerwünscht, dass der Spannungspegel von Vin, bei dem der Ruhezustand auftritt, eine solche typische Eigenschaft der Schaltungsanordnung ist.

2 zeigt eine Treiberstufe, wobei eine Klasse A/B Ausgangsstufe nach der vorliegenden Erfindung mit einem differenziellen Eingang verwirklich worden ist. Ausgenommen für die Schaltungsanordnung 20 der Transistoren T1, T2, T3 die bereits beschrieben worden sind, enthält die Treiberstufe ein symmetrisches Gegenstück 22 dieser Schaltungsanordnung 20 mit dem Eingangstransistor T1A, dem Steuertransistor T2A und dem Pull-Transistor T3A. Die Schaltungsanordnung 20 und das Gegenstück 22 bilden zwei Zweige 20, 22, die wie folgt gekoppelt sind. Die Emitter-Elektroden des Eingangstransistors T1 und des Gegenstücks T1A sind über eine gemeinsame Stromquelle 24 mit einer weiteren (nicht dargestellten) Speiseklemme verbunden, was die Summe der Ströme durch die Hauptstromkanäle dieser Transistoren T1, T1A im wesentlichen konstant hält. Die Emitter-Elektroden von T3 und T3A sind miteinander gekoppelt, aber die Summe deren Emitterströme wird nicht konstant gehalten. Die Kollektor-Elektroden der Transistoren T3 und T3A in der Schaltungsanordnung 20 und in dem Gegenstück 22 sind mit den Kollektor-Elektroden der Transistoren T2 und T2A in dem symmetrischen Gegenstück 22 bzw. in der Schaltungsanordnung 20 kreuzweise gekoppelt.

Im Betrieb steuert eine differenzielle Eingangsspannung die Verteilung des Stromes von der Stromquelle über die Eingangstransistoren T1 und T1A: It1 = Is/(1 + exp(–(V1 – V2)/V0)) IT1A = Is – I1

(Is ist der Strom von der Stromquelle 24 und V1, V2 sind die Spannungen an dem Eingang). Wenn es einem der Eingangstransistoren T1, T1A an Strom mangelt, führt dies zu einem großen Strom durch den Hauptstromkanal des Pull-Transistors T3, T3a, zu dem er angezogen wird: IT3 = C/IT1

= (1 + exp(–(V1 – V2)/V0))·C/Is

Ein großer Strom durch den Pull-Transistor tritt in jedem Zeig 20, 22 symmetrisch auf, wenn die Differenz zwischen V1 und V2 sehr positiv bzw. sehr negativ wird. Durch die kreuzweise Kopplung der Kollektor-Elektroden der Steuertransistoren T2, T2A und der Pull-Transistoren T3, T3A führt dies zu einem Ausgangsstrom von Ioutput2 = Is/(1 + exp(+(V1 – V2)/V0)) + (1 + exp(–(V1 – V2)/V0))·C/Is

Der andere Ausgangsstrom ist auf dieselbe Art und Weise von V1 – V2 abhängig, wobei aber die Positionen von V1 und V2 vertauscht sind. Es dürfte einleuchten, dass die Ausgangsströme abermals die erwünschte Eigenschaft für Klasse A/B Ausgangsstufen haben, dass ein im Grunde unbegrenzter (exponentieller) Anstieg in dem Ausgangsstrom durch Steigerung von V2 – V1 verwirklicht werden kann und dass dieser Ausgangsstrom nicht durch den Ruhestrom begrenzt wird (Strom durch die beiden Zweige, wenn die beiden Zweige 20, 22 ziehen den gleichen Strom). Der Ruhezustand der Ausgangsschaltung wird erreicht, wenn V1 = V2 ist. Die erforderliche Eingangsspannung ist nicht von spezifischen Eigenschaften der Transistoren in der Schaltungsanordnung abhängig.

Es dürfte einleuchten, dass zum verwirklichen dieses Effektes die Stromquelle 24 verwendet wird um zu gewährleisten, dass die Stromverteilung zwischen den Eingangstransistoren T1, T1A nicht merkbar abhängig ist von der Common-Mode-Spannung von V1 und V2. Das heißt, die hohe Impedanz der Stromquelle 24 ist für die Schaltungsanordnung wichtig, weder der genaue Wert des Stromes von der Stromquelle 24, noch seine Konstanz. Auf gleiche Art und Weise dürfte es einleuchten, dass obschon kreuzweise gekoppelte Steuertransistoren T2A, T2 und Pull-Transistoren T3, T3A dargestellt sind, eine derartige kreuzweise Kopplung nicht wesentlich ist. So könnten beispielsweise die Steuertransistoren T2, T2A mit der Speisespannung Vcc gekoppelt sein. Diese Lösung ist weniger Energie-effizient als die dargestellte Schaltungsanordnung, aber dennoch dient die Funktion der Beschaffung einer Klasse A/B Stufe.

Obschon die Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung in Termen bipolarer Transistoren beschrieben werden, dürfte es einleuchten, dass der Klasse A/B Betrieb auf gleiche Art und Weise mit MOS (IGFET) Transistoren, FETs im Allgemeinen oder mit Kombinationen von bipolaren Transistoren und FETs verwirklich werden kann. Selbstverständlich wird dies bedeuten, dass die oben beschriebenen Gleichungen nicht länger gelten, aber das Prinzip, dass der Netto Ausgangsstrom in beiden Richtungen zunehmen kann, ohne dass dies durch den Ruhestrombegrenzt wird, gilt nach wie vor. In dem Fall kann die von der Spannungsquelle 148 gelieferte Spannung auf entsprechende Weise geändert werden. Eine Treiberstufe aber mit bipolaren Transistoren wird bevorzugt, weil diese die stärksten Ausgangsströme erlaubt.

Auf gleiche Weise dürfte es einleuchten, dass derselbe Effekt verwirklicht werden kann, wenn nicht alle Transistoren der Schaltungsanordnung dieselbe Größe haben oder wenn verschiedene Transistoren parallel verwendet werden um die Funktion eines Einzelnen Transistors zu verwirklichen. Es dürfte ebenfalls einleuchten, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung Transistoren zu der Schaltungsanordnung hinzugefügt werden können, wobei beispielsweise der Hauptstromkanal mit der Kollektor-Elektrode der jeweiligen Transistoren in Reihe geschaltet sind. Dies kann geschehen zum Reduzieren des Effektes der Abhängigkeit des Haupttransistorstromes von der Kollektorspannung. Derartige Transistoren beeinträchtigen die vorliegende Erfindung nicht, solange der Eingangstransistor T1 oder die Transistoren T1, T1A derart vorgesehen sind, dass eine Steuerspannung an dem Eingang oder den Eingängen einen Anstieg in dem Push- und Pull-Ausgangsstrom verursachen kann, der nicht durch den Ruhestrom begrenzt wird, indem ein Strom von dem Hauptstromkanal des Steuertransistors T2, T2A gezogen wird, der das Verhältnis zwischen den Strömen durch die Hauptstromkanäle der Steuertransistoren T2, T2A und die Pull-Transistoren T3, T3A stört.

Dadurch wird eine Treiberstufe verwirklicht, die imstande ist, mit den hohen Speisespannungen zu arbeiten, die zur Steuerung der Wiedergabeschirmanordnung 12 (beispielsweise eine Bildwiedergaberöhre) mit einer großen Bandbreite erforderlich sind. Während gleichzeitig eine Minimierung der Verlustleistung verwirklicht wird, was notwendig ist um die Schaltungsanordnung in einer integrierten Schaltung einzuverleiben.

Es sei bemerkt, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen die vorliegende Erfindung erläutern statt begrenzen und dass der Fachmann imstande sein wird, viele alternative Ausführungsformen im Rahmen der beiliegenden Patentansprüche zu entwerfen. So decken beispielsweise die Patentansprüche explizit auch die Situation, in der alle n-leitenden Transistoren durch p-leitende Transistoren ersetzt werden und in der alle p-leitenden Transistoren und Stromspiegel durch n-leitende Transistoren und Stromspiegel ersetzt werden. In den Patentansprüchen sollen eingeklammerte Bezugszeichen nicht als den Anspruch begrenzend betrachtet werden. Das Wort "umfasst" schließt das Vorhandensein von Elementen oder Schritten anders als diejenigen, die in einem Anspruch genannt werden, nicht aus. Das Wort "ein" von einem Element schließt das Vorhandensein einer Anzahl derartiger Elemente nicht aus. Die Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in verschiedenen Unteransprüchen genannt worden sind, gibt nicht an, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht auf vorteilhafte Weise angewandt werden kann.


Anspruch[de]
  1. Bildwiedergabeanordnung, wobei diese Anordnung die nachfolgenden Elemente umfasst:

    – eine Wiedergabeschirmanordnung mit einem Treibereingang, und

    – eine Treiberschaltung mit einer Gegentaktstufe, von der ein Ausgang mit dem Treibereingang gekoppelt ist, wobei die Treiberschaltung Folgendes umfasst:

    – einen n-leitenden Pull-Transistor, von dem ein Hauptstromkanal mit dem Treibereingang gekoppelt ist;

    – einen n-leitenden Steuertransistor, von dem eine Hauptstromkanalklemme über einen Knotenpunkt mit einer Steuerelektrode des Pull-Transistors gekoppelt ist,

    – eine Spannungsquelle zum Zuführen einer vorbestimmten Spannung über eine Reihenschaltung aus den Steuerelektrode-Hauptstromkanalklemmen des Steuertransistors und des Pull-Transistors;

    – einen p-leitenden Stromspiegel mit einem Ausgangstransistor, der als Push-Transistor für die Gegentaktstufe wirksam ist, und wobei ein Eingang mit Hilfe des Hauptstromkanals des Steuertransistors gespeist wird, und

    – einen n-leitenden Eingangstransistor in einer Emitter- oder Source-Schaltung, wobei eine Kollektor- oder Drain-Elektrode mit dem genannten Knotenpunkt gekoppelt ist, wobei der Eingangstransistor eine Steuerelektrode hat, die mit einem Eingang der Treiberschaltung gekoppelt ist, wobei der Eingangstransistor dazu vorgesehen ist, im Wesentlichen den ganzen variablen Teil des Stromes von dem Steuertransistor zu ziehen, wobei ein externer Eingang der Anordnung eine Kopplung mit der Steuerelektrode des Eingangstransistors hat, die nicht den Hauptstromkanal über den Steuertransistor hat.
  2. Bildwiedergabeanordnung nach Anspruch 1, wobei die Treiberschaltung einen ersten und einen zweiten Zweig aufweist, wobei der erste Zweig den Pull-Transistor, den Steuertransistor und den Eingangstransistor hat, wobei der zweite Zweig einen weiteren Pull-Transistor, einen weiteren Steuertransistor und einen weiteren Eingangstransistor hat, verbunden wie der Pull-Transistor, der Steuertransistor und der Eingangstransistor in dem ersten Zweig, wobei die Treiberschaltung eine Stromquelle hat, welche die Hauptstromkanäle des Eingangstransistors und des weiteren Eingangstransistors gemeinsam mit einer Speisespannung verbindet.
  3. Bildwiedergabeanordnung nach Anspruch 2, wobei der Hauptstromkanal des weiteren Pull-Transistors des zweiten Zweigs mit dem Eingang des Stromspiegels gekoppelt ist, und zwar parallel zu dem Hauptstromkanal des Steuertransistors des ersten Zweigs.
  4. Bildwiedergabeanordnung nach Anspruch 2, wobei der Hauptstromkanal des weiteren Steuertransistors des zweiten Zweigs mit dem Treibereingang gekoppelt ist, und zwar parallel zu dem Hauptstromkanal des Pull-Transistors des ersten Zweigs.
  5. Integrierte Schaltung mit einem Ausgangskontakt und einer Gegentaktstufe, wobei ein Ausgang mit dem Ausgangskontakt gekoppelt ist, wobei die integrierte Schaltung Folgendes umfasst:

    – einen n-leitenden Pull-Transistor, von dem ein Hauptstromkanal mit dem Ausgang gekoppelt ist,

    – einen n-leitenden Steuertransistor, wobei eine Hauptstromkanalklemme über einen Knotenpunkt mit einer Steuerelektrode des Schalttransistors gekoppelt ist,

    – eine Spannungsquelle zum Zuführen einer vorbestimmten Spannung über eine Reihenschaltung aus den Steuerelektrode-Hauptstromkanalklemmen des Steuertransistors und des Pull-Transistors;

    – einen p-leitenden Stromspiegel mit einem Ausgangstransistor, der als Push-Transistor für die Gegentaktstufe wirksam ist, und wobei ein Eingang mit Hilfe des Hauptstromkanals des Steuertransistors gespeist wird, und

    – einen n-leitenden Eingangstransistor in einer Emitter- oder Source-Schaltung, wobei eine Kollektor- oder Drain-Elektrode mit dem genannten Knotenpunkt gekoppelt ist, wobei der Eingangstransistor eine Steuerelektrode hat, die mit einem Eingang der Treiberschaltung gekoppelt ist, wobei der Eingangstransistor dazu vorgesehen ist, im Wesentlichen den ganzen variablen Teil des Stromes von dem Steuertransistor zu ziehen, wobei ein externer Eingang der Anordnung eine Kopplung mit der Steuerelektrode des Eingangstransistors hat, die nicht den Hauptstromkanal über den Steuertransistor hat.
  6. Integrierte Schaltung nach Anspruch 5, mit einem ersten und einem zweiten Zweig, wobei der erste Zweig den Pull-Transistor den Steuertransistor und den Eingangstransistor aufweist, wobei der zweite Zweig einen weiteren Pull-Transistor, einen weiteren Steuertransistor und einen weiteren Eingangstransistor aufweist, die wie der Pull-Transistor, der Steuertransistor und der Eingangstransistor in dem ersten Zweig verbunden sind wobei die Treiberschaltung eine Stromquelle aufweist, welche die Hauptstromkanäle des Eingangstransistors und des weitern Eingangstransistors gemeinsam mit einer Speisespannung verbindet.
  7. Integrierte Schaltung nach Anspruch 6, wobei der Hauptstromkanal des weiteren Pull-Transistors des zweiten Zweigs mit dem Eingang des Stromspiegels parallel zu dem Hauptstromkanal des Steuertransistors des ersten Zweigs gekoppelt ist.
  8. Treiberschaltung mit einer Gegentaktstufe, die Folgendes umfasst:

    – einen Ausgang,

    – einen Pull-Transistor von einem ersten Leitfähigkeitstyp mit einem Hauptstromkanal, der mit dem Ausgang gekoppelt ist,

    – einen zweiten Transistor vom ersten Leitfähigkeitstyp mit einer Hauptstromkanalklemme, die mit einer Steuerelektrode des Pull-Transistors über einen Knotenpunkt gekoppelt ist,

    – eine Spannungsquelle zum Zuführen einer Spannung über eine Reihenschaltung aus den Steuerelektrode-Hauptstromkanalklemmen des Steuertransistors und des Pull-Transistors,

    – einen Stromspiegel von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, die dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, mit einem Eingang, der durch den Hauptstromkanal des Steuertransistors gespeist wird und mit einem Ausgangstransistor, der als Push-Transistor für die Gegentaktstufe wirksam ist, und

    – einen n-leitenden Eingangstransistor in Emitter- oder Source-Schaltung, wobei eine Kollektor- oder Drain-Elektrode mit dem genannten Knotenpunkt gekoppelt ist, wobei der Eingangstransistor eine Steuerelektrode hat, die mit einem Eingang der Treiberschaltung gekoppelt ist, vorgesehen zur Steuerung im Wesentlichen des ganzen veränderlichen Teils des Stromes durch den Steuertransistor, wobei ein externer Eingang der Treiberschaltung eine Kopplung mit der Steuerelektrode des Eingangstransistors hat, der nicht den Hauptstromkanal durch den Steuertransistor aufweist.
  9. Treiberschaltung nach Anspruch 8, mit einem ersten und einem zweiten Zweig, wobei der erste Zweig den Pull-Transistor, den Steuertransistor und den Eingangstransistor aufweist, wobei der zweite Zweig einen weiteren Pull-Transistor, einen weiteren Steuertransistor und einen weiteren Eingangstransistor aufweist, die wie der Pull-Transistor, der Steuertransistor und der Eingangstransistor in dem ersten Zweig miteinander verbunden sind, wobei die Treiberschaltung eine Stromquelle aufweist, welche die Hauptstromkanäle des Eingangstransistors und des weiteren Eingangstransistors gemeinsam mit einer Speichespannung verbindet.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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